Carbono negro (CN)

  • Numerosos procesos de combustión emiten a la atmósfera una mezcla compleja de material particulado, que llamamos comúnmente “hollín”

  • El hollín se produce particularmente en combustiones ineficientes como las que ocurren en motores diesel, estufas industriales, estufas de leña para cocción de alimentos, hornos de cocción de ladrillos, quema de residuos sólidos, quemas agrícolas y forestales, etc.

  • A la fracción de hollín que contiene carbono y que es capaz de absorber luz en el espectro visible, le conocemos como carbono negro (CN).




  • En México se han realizado varios estudios sobre concentraciones ambientales de CN, pero son aislados y de corta duración (sólo unos meses)

  • Para observar y entender la variabilidad temporal de este contaminante es indispensable que las mediciones abarquen por lo menos un año completo.

  • Monitorear las concentraciones de CN en la atmósfera es importante por varias razones:

  • - entre las fracciones que componen el material particulado fino, el CN es la que absorbe radiación solar de manera más efectiva , por lo que contribuye sustancialmente al efecto invernadero

  • - cuando el CN se deposita en la superficie, disminuye su reflectividad o albedo , y contribuye significativamente al derretimiento de glaciares y capas de hielo, lo que acelera el proceso de calentamiento global

  • - las partículas de CN actúan como núcleos de condensación de nubes que cambian las propiedades de las gotas y modifican la precipitación

  • - el CN tiene efectos adversos en la salud humana; la exposición crónica a este material acarrea enfermedades cardiovasculares y respiratorias, y se estima que causa millones de muertes prematuras.


  • El extintómetro fotoacústico (PAX) es un instrumento de alta resolución, alta sensibilidad y rápida respuesta que permite medir en tiempo real y de manera continua las propiedades ópticas de los aerosoles atmosféricos relacionadas con el calentamiento global, incluyendo la concentración de partículas de CN.

  • El PAX utiliza un láser de diodo modulado que mide directamente la absorción de la luz por las partículas. A partir de esta información se puede obtener la concentración de CN.

  • El PAX trabaja a una longitud de onda de 870 nm, ya que a esta longitud hay poca interferencia por absorción de los gases y partículas que no contienen CN


  • El flujo de aire que entra al equipo se divide en dos; una parte del flujo se dirige hacia un nefelómetro, mientras que la otra hacia un resonador fotoacústico; de esta manera se determinan simultáneamente la dispersión y absorción de la luz.



  • La absorción de la luz se mide mediante tecnología fotoacústica: un rayo láser es dirigido a través del flujo de partículas atmosféricas (aerosoles) , las cuales absorben calor, que es rápidamente transferido al aire circundante. El calentamiento periódico produce ondas de presión que son detectadas con un micrófono sensible. A partir de las características de estas ondas se determina un coeficiente de absorción proporcional a la concentración en masa de CN.

  • La efectividad de los aerosoles para dispersar la luz es medida por un nefelómetro, y a partir de esa información se deriva un coeficiente de dispersión. La medición de dispersión responde a todo tipo de partículas presentes en el aire, independientemente de su composición química, estado o morfología.

  • Con los coeficientes de dispersión y absorción se calcula un coeficiente de extinción de la luz, que es un parámetro utilizado en modelos climáticos


  • La concentración de carbono negro se monitorea en los observatorios UNAM, Altzomoni, Juriquilla y Mérida

  • Gráficos en línea de la concentración de CN cada minuto durante los últimos 3 días.

Responsables de área:

Dr. Oscar Peralta Rosales , Grupo de Aerosoles Atmosféricos, CCA-UNAM

Participantes:

Dra. María de la Luz Espinoza Fuentes , Grupo de Aerosoles Atmosféricos, CCA-UNAM
Dr. Harry Álvarez-Ospina , Grupo de Aerosoles Atmosféricos, Facultad de Ciencias-UNAM